ITO靶材高溫真空熱壓爐的研制

　　介紹了稀有金屬行業(yè)ITO靶材高溫真空熱壓爐的設備組成、主要技術參數和結構特點,并指出了該設備在稀有金屬行業(yè)ITO靶材制造行業(yè)推廣應用的前景。

　　ITO 是Indium Tin Oxide 的簡稱，所謂ITO 是指Indium 及Tin 的氧化和合成物，ITO 材料是一種n 型半導體材料，該種材料包括ITO 粉末、靶材、導電漿料及ITO 透明導電薄膜。ITO 靶材(氧化銦錫靶) 是生產ITO 透明導電膜玻璃極其重要的材料之一。ITO 靶材作為特殊的鍍膜材料之一，其主要應用分為：平板顯示器(FPD)產業(yè)，如液晶顯示器(LCD)、薄膜晶體管顯示器TFT- LCD)、電激發(fā)光顯示器(EL)、場發(fā)射顯示器(FED)、電致有機發(fā)光平面顯示器(OELD)、等離子顯示器(PDP)等，被廣泛用于航天、工業(yè)、及電子資訊產業(yè)等高科技領域，并隨著平面顯示器技術的發(fā)展而不斷變化。

　　ITO 靶材主要制備方法有熱等靜壓法、熱壓法和燒結法等。目前國內ITO 靶材生產廠家普遍采用真空熱壓法，真空熱壓是將粉狀材料置于真空和保護性氣氛中的高碳模具中，高溫加熱到軟化狀態(tài)時，加壓成型。真空熱壓法是利用熱能與機械性能將粉狀材料致密化的工藝，此工藝的特點是燒結溫度可依外加壓力的大小而比常壓燒結低約200℃~400℃， 同時外加的能量使粉狀材料致密化速度加快，因此可以在較低的溫度及較短的時間內生產完成完全致密的ITO 靶材產品。

設備的組成及主要技術性能參數

　　2010 年我公司設計制造了一臺ITO 靶材高溫真空熱壓爐，該設備分由爐體、真空泵系統、液壓系統、冷卻氣體系統和冷卻水系統、加熱電源系統和電氣控制系統等幾部分組成。該真空設備的主要技術參數見表1。

設備的結構特點

　　該設備的結構特點與ITO 靶材模具的材料要求和ITO 靶材制備工藝的特點有關: ①真空熱壓法對ITO 靶材模具的要求較高，一般為高純高強石墨，與之相關件的特殊設計；②熱能與機械性能將材料陶瓷致密化的工藝特點對爐體設計的特殊要求。圖1 是該設備的外觀圖。

表1 高溫真空熱壓爐主要技術參數

爐體

　　爐殼：為雙層水冷臥式結構，夾層內的導水環(huán)使冷卻效果提高，所有爐壁外表面溫度不超過60℃。夾套內經過嚴格的壓力試驗和檢漏，具有良好的氣密性和溫度穩(wěn)定性。爐體整體置于門型鋼支架上。門型鋼支架經過力學計算，能承受150 T 的工作壓力。壓頭由水冷壓頭和石墨壓頭連接構成，上壓頭和下壓頭分別從爐體和加熱室的上、下端面上的動密封接管插入爐體內，上壓頭可上、下移動，下壓頭為固定壓頭。爐體上設有熱電偶、水冷電極、壓力表、回填閥、充氣閥等，具有結構緊湊，操作方便的特點。

　　隔熱屏：采用多層石墨氈作隔熱屏，結構簡單，制造容易，成本低廉，同時具有高溫性能好，隔熱效果好，便于快速加熱和冷卻等優(yōu)點。在石墨氈最內層帖一層光亮石墨紙，防止石墨氈纖維到處飛揚造成的絕緣電阻降低，且具有更好的保溫效果。由于石墨氈容易吸附水蒸汽后不利于抽真空，在熱壓燒結前須按石墨氈烘爐曲線將爐體進行烘烤。石墨氈烘爐曲線如圖2。

　　加熱器：根據真空熱壓對ITO 靶材模具為高純高強石墨的要求，加熱器及相關的連接件均選用高純高強石墨。加熱器的結構形式如圖3 所示，該雙正方形結構形式既能滿足上下壓頭的移動空間，又彌補了壓頭移動空間的熱損失。與金屬加熱元件相比較，異形結構的石墨加熱元件加工方便，結構簡單，且價格便宜，成本低廉。

　　ITO 靶材高溫真空熱壓爐投入工業(yè)運行至今性能穩(wěn)定，真空熱壓法生產的ITO 靶材符合后續(xù)后續(xù)生產的工藝要求。隨著電子顯示產業(yè)的蓬勃發(fā)展及平面顯示器技術的發(fā)展變化，該設備的開發(fā)應用還會有新的型式和特點出現。目前全球信息產業(yè)快速發(fā)展，我們應抓住ITO 材料市場需求猛增的大好時機，加速ITO 靶材生產設備的研發(fā)和產業(yè)化進程，打破發(fā)達國家設置的技術壁壘，促進ITO 靶材國產化，改變目前ITO 靶材主要依賴進口的現狀，實現我國成為光電產業(yè)領先國家的目標。